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X86-64 ist die 64-Bit-Erweiterung des x86-Befehlssatz. Die Spezifikation wurde entwickelt von AMD und wurde im Jahr 2000 entlassen. Sie wurde auch von Intel und VIA. Intel hat den Befehlssatz leicht modifiziert und nennt ihn EM64T. Manchmal wird der Befehlssatz kurz als . bezeichnet x64.
Der Befehlssatz unterstützt viel größere virtuelle und physische Adressräume, als dies auf x86 möglich ist, sodass Programmierer mit viel größeren Datensätzen arbeiten können. X86-64 bietet auch 64-Bit-Allzweckregister und viele andere Verbesserungen. Es ist mit 32-Bit-Code kompatibel. Da der vollständige 32-Bit-Befehlssatz in der Hardware implementiert bleibt, können vorhandene 32-Bit-x86-Befehle ohne Kompatibilitätsprobleme oder Leistungseinbußen ausgeführt werden. Obwohl vorhandene Anwendungen, die auf das Design umkodiert wurden, neue Funktionen nutzen, die die Leistung erheblich steigern.
Die x86-64-Spezifikation hat keine Ähnlichkeit mit dem älteren Intel Itanium (ehemals IA-64) Architektur, die weder mit der x86- noch mit der x86-64-Architektur kompatibel ist.